斷層和裂縫尺度識別的地球物理方法探討

潘仁芳 (油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學),湖北荊州434023)

金吉能 (長江大學地球科學學院,湖北荊州434023)

斷層和裂縫的識別和預測是構造解釋和儲層表征工作中的重要部分。就地球物理研究方面,近年來發展起了很多斷層和裂縫的識別方法。由于受作用影響的不同,斷層和裂縫形成了不同的尺度和規模。這樣就大大增加了斷層和裂縫識別的難度和精度,尤其在小斷層和裂縫方面。為了提高識別的精度,可采用不同的方法來識別不同尺度的斷層和裂縫。通過認識斷層和裂縫的尺度特征和分類,討論出其在不同尺度下的典型識別方法以及實際應用性。為此,筆者認為對這一認識和想法進行探討是有必要的。

1 斷層和裂縫的尺度特征和分類

斷層和裂縫主要是由區域構造作用形成的,受構造規模和時間的影響往往會形成不同大小和規模的斷裂帶;也有些是沉積和成巖過程中形成的小斷層和細微裂縫。這種發育規模和大小及其地球物理響應上的差異就是斷層和裂縫的尺度特征。

依據上述尺度特征,可將斷層和裂縫分別進行尺度分類。其詳細分類及特征情況如表1所示。

表1 斷層和裂縫的尺度分類和特征

2 斷層識別方法

2.1 大斷層的識別

大斷層由于錯斷距離很大,在地震剖面和水平時間切片上可以用肉眼就能明顯地識別和辨認出來。地震剖面上斷層反映縱向上的變化,常見的斷層標志主要包括反射同向軸突然減小、波組和波系錯斷、反射層產狀突變、狹長的波形雜亂帶以及斷面波的出現等;而水平時間切片上斷層反映橫向上的變化,主要有同向軸錯斷、同向軸走向和寬度突變等斷層特征[1]。因此,找準斷層標志和特征就能對大斷層進行有效地識別和解釋。

2.2 小斷層的識別

斷層解釋中,經常會遇到解釋層位段同向軸發生分叉、合并、扭曲、強相位轉換等現象。一般情況下,這些現象都是小斷層的表現 ,故可作為小斷層的識別標志[1]。然而,在實際剖面上小斷層的表現不夠明顯,很容易被誤認和忽略。為了更好地識別小斷層的發育情況,通常可采用地震相干分析技術[2]來實現。

地震相干分析技術在地震資料解釋和儲層預測中已被廣泛應用,其基本原理是通過計算多地震道之間或不同地震道與標準道間的相似系數,運用多道相似性原則找出波形特征變化與相似系數的關系,并根據相似系數的變化規律來識別和描述引起地震道間波形特征變化的斷層、裂縫等地質因素。在三維相干數據體中具有一定規則的低相干值的空間展布特征能直觀展示斷層,特別是小斷層在平面上的發育情況,且具有較高的可靠性[3]。某工區1700ms處的水平相干切片圖如圖1所示。從圖1中除了能分辨出主要斷裂的分布情況外,也能清晰分辨出一些常規構造解釋難以發現的小斷層及其附近巖層的破裂程度。

圖1 某工區1700ms處的水平相干切片圖

3 裂縫識別方法

3.1 大尺度裂縫的識別

裂縫識別的地球物理方法很多,除了地震相干技術及其改進方法外,還包括聲波全波列測井[4]、成像測井[5,6]、地層傾角測井[5]等測井方法以及P波方位各向異性[3]、多波多分量[3]、多尺度邊緣檢測[7]和VSP裂縫檢測[8]等地震方法。對比上述方法,可發現多方位AVO裂縫識別方法實用性強,應用效果明顯[9,10]。依據大尺度裂縫的尺度特征,可采用該方法來識別大尺度裂縫。

在砂泥巖、碳酸鹽巖的沉積地層中,裂縫的不均勻分布是造成地層方位各向異性的主要原因。當地震波在裂縫性地層中傳播時,以不同方位入射的地震波在速度和振幅上也表現出明顯的方向性差異,即速度和振幅各向異性。這種差異具體表現為從三維地震道集資料中分析出的不同方向上的屬性參數變化,其中AVO屬性參數變化最為敏感。通過預測這些屬性參數的變化分布來達到對地層裂縫識別的目的。多方位AVO裂縫識別方法正是基于以上原理來對裂縫屬性 (即裂縫走向和裂縫密度)進行識別和預測的。

圖2 AVO斜率G屬性的差異平面預測圖

某目的層段AVO斜率G屬性的差異平面預測圖如圖2所示。圖2中色棒正負極值分別代表該屬性差異的正負異常值。負異常的差值反映的是垂直主測線方向的北西向裂縫,正異常的差值反映的是平行主測線方向的北東向裂縫。現場實踐證明,預測的裂縫分布與實際情況基本符合[9]。

3.2 微小裂縫的識別

對于微小裂縫來說,由于其發育規模和尺度相比較小,采用地震方法不容易對其進行有效識別,這主要是由于受地震垂向分辨率低的影響,而測井的分辨率高,則能彌補地震方法上的缺陷。因此,可利用測井識別方法對井筒周圍處的微小裂縫進行有效識別。在測井識別方法中,由于成像測井識別裂縫的精度較高,因而廣泛應用于作業現場。

圖3 微電阻率成像測井識別出的裂縫

成像測井方法根據裂縫發育處與圍巖的電阻率差異來識別裂縫。具體地說,在鉆井時井筒周圍處于開啟狀態的有效縫容易被鉆井液侵入。除泥巖外,由于其他巖類的電阻率都比鉆井液的電阻率大得多,這樣在有效裂縫發育處的電阻率就相對較低,因而可以在電阻率井壁圖像上清晰地反映出來,而且當井壁巖石和鉆井液電阻率的差異越大,裂縫就越容易識別。實際測井輸出的電阻率圖像是沿井壁正北方向向右的展開圖,完整平直的有效裂縫在電阻率圖像上是1個波長的正弦曲線[6](見圖3)。根據正弦曲線的特征和分布,可以確定有效裂縫的方位和傾角。這樣在利用成像測井方法測試的井段內,可以獲得井孔范圍內裂縫的三維分布特征。

3 結 語

由于斷層和裂縫受不同程度構造運動的影響所形成的規模和大小不同,加之不同地球物理方法存在分辨率和保真度的差異,導致在斷層和裂縫的識別上存在尺度上的差別。因此,有必要采用不同方法來識別不同尺度的斷層和裂縫。在斷層識別上,利用地震剖面和水平切片來解釋出大斷層,采用相干分析方法來識別小斷層;在裂縫識別上,主要采用多方位AVO方法識別大尺度裂縫的發育特征,采用成像測井方法來識別微小裂縫的特征情況。實際應用表明,上述方法在相應尺度斷層和裂縫上的識別效果較好,可以為地震解釋和儲層表征工作提供參考。

[1]陸基孟.地震勘探原理 [M].東營:中國石油大學出版社,2006.

[2]劉傳虎.地震相干技術在裂縫油氣藏預測中的應用 [J].石油地球物理勘探,2001,36(2):238-244

[3]楊克明,張虹.地震三維三分量技術在致密砂巖裂縫預測中的應用 [J].天然氣勘探與開發,2008,29(5):683-689.

[4]秦緒英,肖立志,陳有明.聲波全波測井的應用研究 [J].石油地球物理勘探,2004,39(1):82-86.

[5]陳科貴,諶海云,孫嘉戌.地層傾角測井原理與應用 [M].北京:石油工業出版社,2008.

[6]童亨茂.成像測井資料在構造裂縫預測和評價中的應用[J].天然氣工業,2006,26(9):58-61.

[7]王連山,朱慶忠,董建海,等.三維多尺度邊緣檢測技術在古潛山裂縫性儲層預測中的應用 [J].特種油氣藏,2006,13(3):15-18.

[8]曹立斌,李亞林,梁波,等.三維VSP資料在裂縫檢測中的應用[J].石油物探,2008,47(1):67-71.

[9]劉朋波,蒲仁海,潘仁芳,等.多方位AVO技術在裂縫檢測中的應用[J].石油地球物理勘探,2008,43(4):437-442.

[10]Ruger A.Variation of P-wave reflectivity with offset and azimuth in anisotropic media[J].Geophysics,1998,63(3):935-947.